專利名稱：一種復(fù)合導(dǎo)電薄層及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種復(fù)合導(dǎo)電薄層及其制備方法和應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)包括高導(dǎo)電具增韌作用的導(dǎo)電薄層的制備技術(shù)和采用該種導(dǎo)電薄層制備出的整體高導(dǎo)電、高韌性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，屬于功能復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代飛機(jī)越來越多地使用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基疊層復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料，但標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被樹脂填充，其層間富樹脂，因此導(dǎo)致復(fù)合材料厚度方向和面內(nèi)垂直纖維方向的電阻較高，當(dāng)受到雷擊時(shí)，電荷難以移除，大電流通量會(huì)使復(fù)合材料電擊損壞甚至燒蝕。傳統(tǒng)的復(fù)合材料抗雷擊措施是在復(fù)合材料的表面直接覆以一層導(dǎo)電層，如金屬網(wǎng)、金屬條等，而近幾年熱門、并且有大量專利和文獻(xiàn)報(bào)道的則是在復(fù)合材料里添加碳納米管紙、碳纖維/碳納米管等雜化導(dǎo)電材料，或者是與前者的表面層的納米導(dǎo)電復(fù)合等，如參考專利CN102001448A涉及了一種飛機(jī)構(gòu)件的防雷擊表面膜，這層表面膜包含襯底和在其表面生長的導(dǎo)電的碳納米管；W02008048705-A2等提出了一種納米粒子分散的導(dǎo)電性低密度聚合物膜作為防雷擊保護(hù)層；W02005032812-A2等給出的是利用金屬箔及內(nèi)層的聚合物復(fù)合膜層作為表面防雷擊用導(dǎo)電層；US2009140098-A1提出了在復(fù)合材料樹脂基體中添加碳納米管以增進(jìn)導(dǎo)電的方法等。從以上參考專利可以看到，這些專利的多數(shù)是在復(fù)合材料外層覆以金屬導(dǎo)電層，少數(shù)的是通過提高復(fù)合材料層間導(dǎo)電性來達(dá)到傳導(dǎo)電荷的能力，涉及到的填料包括導(dǎo)電的碳納米管紙、碳纖維和碳納米管等。但是，金屬導(dǎo)電附加物增加了終態(tài)復(fù)合材料的整體重量，飛機(jī)上的許多復(fù)雜部位也無法通過覆以金屬附加物來實(shí)現(xiàn)抗雷擊，而且覆在復(fù)合材料外層的金屬附加物對(duì)復(fù)合材料的內(nèi)部抗沖擊分層損傷并無益處，而碳納米材料的層間添加則存在自身導(dǎo)電性不足的問題，此外還存在填料的分散技術(shù)等問題，這種分散性差的問題有時(shí)反而會(huì)引起復(fù)合材料的抗沖擊分層損傷能力下降。因此開發(fā)新型抗雷擊、高導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是航空材料研究中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。另一方面，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料通常對(duì)低速?zèng)_擊敏感，容易形成內(nèi)部沖擊分層損傷，使復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度急劇降低，提高抗沖擊分層損傷能力的最主要方法提高復(fù)合材料的層間斷裂韌性，因此，疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增韌也一直是國內(nèi)外航空復(fù)合材料的重要研究課題。目前，針對(duì)復(fù)合材料增韌的方法多種多樣，如利用較韌的橡膠或者熱塑性高分子對(duì)熱固性基體樹脂直接進(jìn)行增韌，但由此常常會(huì)帶來耐熱性和剛度的下降，或者加工工藝性變差等問題。一種在疊層復(fù)合材料層間引入韌性結(jié)構(gòu)的方法受到關(guān)注，因其提高復(fù)合材料抗沖擊分層能力的同時(shí)保持了成型的工藝性和其它力學(xué)性能，典型的例子是在層間插入獨(dú)立的高韌性純熱塑性樹脂層或者熱固性膠層及其發(fā)展起來的“離位”增韌技術(shù)(參考專利CN101220561, CN101760965A)，如插入多孔的熱塑性薄膜。還有在層間引入韌性顆粒、在層間引入剛性穿插結(jié)構(gòu)及在層間置入高韌性纖維的技術(shù)等，如插入尼龍無紡布、熱塑性樹脂纖維的織物(即利用熱塑性樹脂纖維編織而成的薄層織物)等均可使復(fù)合材料層間斷裂韌性大幅度提高。這種層間引入韌性結(jié)構(gòu)的技術(shù)雖然提高了復(fù)合材料的韌性，但在一定程度上也增大了碳纖維富樹脂層間的間隙，使得本來就較高電阻率的層間變得更加高電阻，造成復(fù)合材料抗雷擊的更大困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的兩種技術(shù)的矛盾，設(shè)計(jì)提供了一種復(fù)合導(dǎo)電薄層及其制備方法和應(yīng)用，其目的是制備一種結(jié)構(gòu)-功能一體化的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)疊層樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該種材料能兼顧導(dǎo)電性以抗雷擊和高增韌以提高其沖擊損傷容限。本發(fā)明的目的是通過以技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明技術(shù)方案首先提出了制備一種作為中間態(tài)復(fù)合材料的導(dǎo)電-增韌雙功能的復(fù)合導(dǎo)電薄層，該導(dǎo)電薄層是由低面密度多孔的載體和均勻附載在載體上的導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成； 低面密度多孔的載體是多孔的織物、無紡布、聚合物薄膜，載體的厚度5μπι 80 μ m,載體的面密度為5g/m2 30g/m2之間。導(dǎo)電介質(zhì)是銀納米線，或銀納米線和碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電微纖中的一種或幾種的混合物。多孔的無紡布是指聚合物無紡布或非聚合物無紡布。聚合物無紡布是指尼龍、聚芳醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚醚醚酮。非聚合物無紡布是指碳纖維無紡布、碳納米管無紡布、植物纖維無紡布。本發(fā)明還提出了所述復(fù)合導(dǎo)電薄層的制備方法，該制備方法中導(dǎo)電介質(zhì)附載到載體上的方法為以下之一⑴將導(dǎo)電介質(zhì)分散到不溶解載體且不破壞導(dǎo)電介質(zhì)的溶劑中形成分散液，載體在分散液中浸潰或者將分散液噴涂在載體上，隨后干燥；⑵將導(dǎo)電介質(zhì)分散到不溶解載體且不破壞導(dǎo)電介質(zhì)的溶劑中形成分散液，將分散液在負(fù)壓下通過載體，隨后干燥；上述分散液中導(dǎo)電介質(zhì)含量為2mg/mL 18mg/mL。本發(fā)明技術(shù)方案又提出了一種該復(fù)合導(dǎo)電薄層的應(yīng)用，其特征在于將該導(dǎo)電薄層放置在連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的層間，固化成型后，制成具有整體導(dǎo)電性能的復(fù)合材料制件。連續(xù)碳纖維是T300、T800、T700、CCF300，連續(xù)碳纖維的編織方式可以為單向、平
紋、斜紋、緞紋。連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的基體樹脂可以為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、苯并噁嗪樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂。固化成型工藝為熱壓罐成型、RTM、模壓、真空輔助或真空袋成型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是以非常簡(jiǎn)單的方法兼顧了連續(xù)纖維疊層復(fù)合材料的高韌性、高沖擊損傷容限和高導(dǎo)電性，這是本發(fā)明專利的顯著優(yōu)點(diǎn)；其具體的制備技術(shù)分為中間態(tài)材料即復(fù)合導(dǎo)電薄層的制備和終態(tài)材料即最終的高導(dǎo)電高韌性復(fù)合材料的制備兩步，其核心技術(shù)在于其導(dǎo)電功能附載的插層用復(fù)合導(dǎo)電薄層及其復(fù)合技術(shù)，這種插層用復(fù)合導(dǎo)電薄層的結(jié)構(gòu)特征是兩位一體的復(fù)合導(dǎo)電薄層基于載體形成的雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的韌化結(jié)構(gòu)以及基于導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的滲流網(wǎng)絡(luò)電接觸導(dǎo)通的連續(xù)化導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。方案所用的銀納米線的特殊的小尺度一維結(jié)構(gòu)保證了在低附載量的情況下就可實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)通性質(zhì)，因此能基本保持結(jié)構(gòu)復(fù)合材料特有的高比強(qiáng)度和比剛度性質(zhì)不變，得到的復(fù)合材料為整體高導(dǎo)電，利用附載技術(shù)還克服了銀納米線等導(dǎo)電介質(zhì)的分散性問題。由于按照本發(fā)明技術(shù)設(shè)計(jì)制備的復(fù)合材料的產(chǎn)品狀態(tài)仍然是常見的疊層預(yù)浸料及其層合板狀態(tài)，因此傳統(tǒng)飛機(jī)復(fù)合材料能夠應(yīng)用的場(chǎng)合中，本發(fā)明的高導(dǎo)電、高增韌復(fù)合材料均可以應(yīng)用，而不需要做任何特別的改動(dòng)。本發(fā)明還有適用面廣的優(yōu)點(diǎn)，可選擇各種小尺度導(dǎo)電組分作為共附載組分，可應(yīng)用于各種低面密度的無紡布、織物和多孔薄膜等載體形式，可應(yīng)用于各種成型工藝和樹脂體系。


圖I為在尼龍無紡布上附載單組分銀納米線的復(fù)合導(dǎo)電薄層中銀納米線面密度與薄層導(dǎo)電性的關(guān)系曲線圖
圖2為附載銀納米線的尼龍無紡布的SEM3為附載銀納米線的PAEK薄膜的SEM圖
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I :本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下(1-1)將銀納米線分散于乙醇或異丙醇或丙酮或乙二醇或水中形成濃度為5mg/mL或10mg/mL的分散液；(1-2)將厚度為53μπι、面密度為14g/m2的尼龍無紡布或厚度為25μπι、面密度為8g/m2的聚醚醚酮無紡布或厚度為75 μ m、面密度為26g/m2的聚酰亞胺無紡布或厚度為15μπκ面密度為7g/m2的聚醚砜無紡布浸入到上述步驟(1-1)中得到的銀納米線含量為5mg/mL或10mg/mL的分散液中，拉提出液面并晾干或烘干，掉個(gè)頭再浸潰一次，得到均勻附載銀納米線的導(dǎo)電的聚合物無紡布；(1-3)將上述附載得到的導(dǎo)電的聚合物無紡布一一放置于連續(xù)碳纖維單向增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料的層間進(jìn)行鋪層，碳纖維T300、3K或Τ800、12Κ，環(huán)氧樹脂5228 (北京航空材料研究院產(chǎn)品)或環(huán)氧樹脂QY9611 (北京航空制造工程研究所產(chǎn)品)，定型后得到插層附載的增韌-導(dǎo)電一體化的復(fù)合材料預(yù)制體；(1-4)按該環(huán)氧樹脂預(yù)浸料規(guī)定的固化工藝，將上述增韌-導(dǎo)電一體化的復(fù)合材料預(yù)制體利用常規(guī)的模壓或熱壓罐方法進(jìn)行真空成型固化，得到環(huán)氧樹脂基增韌-導(dǎo)電一體化的復(fù)合材料制品。(1-5)必要時(shí)，還可以將步驟(1-2)制備的導(dǎo)電的聚合物無紡布鋪貼在復(fù)合材料預(yù)制體的一個(gè)或兩個(gè)外表面，在按照步驟(1-4)成型固化后，這個(gè)復(fù)合材料將不僅整體高導(dǎo)電、高增韌，而且還具有優(yōu)異的表面導(dǎo)電性質(zhì)，特別適合于復(fù)合材料的抗雷擊防護(hù)。圖I中為在尼龍無紡布上附載單組分銀納米線的復(fù)合導(dǎo)電薄層中銀納米線面密度與薄層導(dǎo)電性的關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出，在銀納米線含量很低的時(shí)候(lg/m2)，復(fù)合導(dǎo)電薄層表面電阻即小于5 Ω /sq.，相比而言僅附載一種多壁碳納米管(購自深圳納米港)時(shí)的結(jié)果表明面密度為7g/m2時(shí)表面電阻仍大于1000 Ω/sq.。圖2為附載銀納米線的尼龍無紡布的SEM圖，從圖中可以看出，銀納米線在載體中分散均勻，并形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，而尼龍無紡布則構(gòu)成增韌結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例得到的一種由在尼龍無紡布上附載得到的導(dǎo)電薄層并插層得到的最終的復(fù)合材料相比于未插層的復(fù)合材料，I型層間斷裂韌性提高了 120%，II型層間斷裂韌性提高了 230%，復(fù)合材料面內(nèi)沿纖維方向的導(dǎo)電性提高了 I倍，面內(nèi)垂直纖維方向?qū)щ娦蕴岣吡?200倍，厚度方向?qū)щ娦蕴岣吡?10倍，三個(gè)方向的導(dǎo)電性均達(dá)到或接近高導(dǎo)電(即體積電阻率<=1Ω · cm)，引起的復(fù)合材料整體增重極小，僅約0.5%。而現(xiàn)有的插層尼龍無紡布的方案，在厚度方向?qū)щ娦曰窘^緣(>108Ω · cm，相比未插層的復(fù)合材料下降了 IO7倍左右)，且面內(nèi)垂直纖維方向和平行纖維方向的導(dǎo)電性和未插層復(fù)合材料相近。實(shí)施例2 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下(2-1)將銀納米線分散于甲醇或異丙醇或丙酮或乙醇和水的2:1 (V:V)混合液或水中形成濃度為2mg/mL或4mg/mL的分散液；(2-2)將厚度約20 μ m、面密度為14g/m2的聚芳醚酮多孔薄膜(孔隙率約40%)或厚度約8 μ m、面密度為6g/m2的聚酰亞胺多孔薄膜或厚度約25 μ m、面密度為I lg/m2的聚醚酰亞胺多孔薄膜或厚度約15 μ m、面密度為9g/m2的聚醚醚酮多孔薄膜浸潰到(2_1)中所述的銀納米線的分散液中，拉提出液面并晾干，掉個(gè)頭再浸潰兩次，得到均勻附載銀納米線的導(dǎo)電的聚合物多孔薄膜；(2-3)將上述附載得到的導(dǎo)電聚合物多孔薄膜一一放置于連續(xù)碳纖維增強(qiáng)緞紋或平紋或單向或以上幾種編織方式混合的織物的層間進(jìn)行鋪層，碳纖維T700U2K，定型后得到插層附載的增韌-導(dǎo)電一體的復(fù)合材料預(yù)制體；(2-4)利用RTM工藝，將液態(tài)苯并噁嗪(BOZ)樹脂(德國Henkel公司產(chǎn)品Epsilon)或液態(tài)環(huán)氧3266樹脂(北京航空材料研究院產(chǎn)品)注入預(yù)制體并浸潰完全，然后按照該BOZ樹脂或環(huán)氧樹脂規(guī)定的工藝進(jìn)行成型和固化，這時(shí)，聚芳醚酮薄膜或聚醚醚酮薄膜在固化過程中溶解于BOZ或3266樹脂中，分相并相反轉(zhuǎn)，形成韌化的BOZ-聚芳醚酮或BOZ-聚醚醚酮顆粒狀雙連續(xù)結(jié)構(gòu)或3266-聚芳醚酮或3266-聚醚醚酮顆粒狀雙連續(xù)韌化結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)保持了原先附載在聚芳醚酮薄膜上的銀納米線的高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，最終得到RTM成型的苯并噁嗪樹脂基或環(huán)氧樹脂基增韌-導(dǎo)電一體化的復(fù)合材料制品。聚酰亞胺多孔薄膜和聚醚酰亞胺多孔薄膜則不溶解，在層間形成獨(dú)立的插層起到增韌作用，同樣最終得到增韌-導(dǎo)電一體化的復(fù)合材料制品。圖3為附載銀納米線的聚芳醚酮薄膜的SEM圖，從圖中可以看出，銀納米線在薄膜表面也能夠分散均勻，形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，聚芳醚酮薄膜本身則在復(fù)合材料固化過程中溶解、分相并形成雙連續(xù)的增韌結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中得到的其中一種增韌-導(dǎo)電功能一體化的復(fù)合材料相比于未插層的復(fù)合材料，I型層間斷裂韌性提高了 30%，II型層間斷裂韌性提高了 120%，復(fù)合材料面內(nèi)沿纖維方向的導(dǎo)電性也提高了 I倍，面內(nèi)垂直纖維方向?qū)щ娦蕴岣吡私?00倍，厚度方向?qū)щ娦月晕⑾陆档@然可以通過增加孔隙率或孔密度來進(jìn)一步提高，引起的復(fù)合材料整體增重極小，僅約O. 3%。而現(xiàn)有的插層未附載導(dǎo)電介質(zhì)的聚芳醚酮薄膜的方案，在同樣工藝條件下得到的復(fù)合材料厚度方向?qū)щ娦韵陆?000倍(在10000Ω · cm左右)，且面內(nèi)垂直纖維方向和平行纖維方向的導(dǎo)電性和未插層復(fù)合材料相近，II型層間斷裂韌性提高值也只有87%。實(shí)施例3 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下(3-1)將銀納米線分散于乙醇中形成5mg/mL的分散液，將羧基改性碳納米管分散于水中或丙酮中或DMF中形成2mg/mL或10mg/mL的分散液。(3-2)將上述固濃度約2mg/mL或10mg/mL的羧基改性碳納米管(CNT)的分散液，利用負(fù)壓下濾過去的方法附載到厚度為35 μ m、面密度為14g/m2的尼龍織物或厚度為25 μ m、面密度為llg/m2的聚醚醚酮織物或厚度為45 μ m、面密度為18g/m2的聚酰亞胺織物上；干燥后，再將該CNT附載的薄層織物浸入銀納米線含量為5mg/mL的乙醇分散液中，拉提出液 面并晾干，得到銀納米線及碳納米管雙附載的導(dǎo)電薄層織物；(3-3)將上述雙附載得到的導(dǎo)電薄層織物一一放置于連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的層間進(jìn)行鋪層，碳纖維T800、12K或CCF300、3K，環(huán)氧樹脂QY9611 (北京航空制造工程研究所產(chǎn)品)或環(huán)氧樹脂5228 (北京航空材料研究院產(chǎn)品)，得到增韌-導(dǎo)電的復(fù)合材料預(yù)制體；(3-4)按該環(huán)氧樹脂預(yù)浸料規(guī)定的固化工藝，利用熱壓罐方法進(jìn)行成型固化，得到銀納米線及碳納米管雙附載、高導(dǎo)電、高增韌的復(fù)合材料制品。實(shí)施例4 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下(4-1)將銀納米線、石墨烯、碳納米管共分散于丁醇或甲醇或四氫呋喃中形成分散液，三者的濃度分別為銀納米線4mg/mL,石墨烯濃度為lmg/mL,碳納米管濃度為4mg/mL,導(dǎo)電介質(zhì)總濃度為9mg/mL。(4-2)將上述的導(dǎo)電介質(zhì)共分散液利用噴灑的方法附載到厚度為75 μ m、面密度為26g/m2的聚酰亞胺纖維無紡布或者厚度為28 μ m、面密度為llg/m2的納米碳纖維無紡布或者厚度為5 μ m、面密度為5g/m2的碳納米管無紡布上，得到銀納米線、石墨烯、碳納米管共附載的復(fù)合導(dǎo)電薄層；(4-3)將上述共附載得到的導(dǎo)電薄層一一放置于碳纖維織物層間進(jìn)行鋪層，碳纖維T300、3K，定型后得到導(dǎo)電的復(fù)合材料預(yù)制體；(4-4)利用RTM工藝，將液態(tài)雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂6421 (北京航空材料研究院產(chǎn)品)或液態(tài)環(huán)氧樹脂3266 (北京航空材料研究院)或液態(tài)苯并噁嗪(BOZ)樹脂(德國Henkel公司產(chǎn)品Epsilon)，按照該樹脂RTM成型的工藝要求注入，然后再按規(guī)定的工藝進(jìn)行成型固化，最終得到碳纖維增強(qiáng)、高導(dǎo)電并且高增韌的雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料制品或環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料制品或苯并噁嗪樹脂基復(fù)合材料制品。實(shí)施例5 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下(5-1)將銀納米線、鍍鎳納米碳纖維共分散于異丙醇或水中形成分散液，兩者的濃度分別為銀納米線lmg/mL,鍍鎳納米碳纖維10mg/mL,導(dǎo)電介質(zhì)總濃度為llmg/mL。再將銀納米線分散于異丙醇中形成5mg/mL的分散液；(5-2)將上述銀納米線和導(dǎo)電纖維的共分散液，利用分散液噴灑的方法，分別附載到厚度為22 μ m、面密度為13g/m2的聚酰亞胺多孔薄膜或者厚度為35 μ m、面密度為15g/m2的聚醚酰亞胺多孔薄膜的正反兩面上，烘干，再將得到的附載導(dǎo)電介質(zhì)的多孔薄膜浸潰到銀納米線的分散液中，得到導(dǎo)電聚酰亞胺多孔薄膜或?qū)щ娋勖氧啺范嗫妆∧ぃ?5-3)將該附載了導(dǎo)電組分的多孔聚酰亞胺或聚醚酰亞胺薄膜一一放置于碳纖維疊層聚酰亞胺樹脂基預(yù)浸料的層間進(jìn)行鋪層，碳纖維T700、12K，聚酰亞胺樹脂基預(yù)浸料牌號(hào)LP15 (北京航空材料研究院產(chǎn)品)，得到導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)預(yù)制體；(5-4)利用熱壓罐工藝，將上述結(jié)構(gòu)預(yù)制體按照該預(yù)浸料規(guī)定的工藝進(jìn)行成型固化，得到導(dǎo)電、增韌的耐高溫聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料制品。本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用制備得到的高導(dǎo)電且具增韌潛力的復(fù)合導(dǎo)電薄層，再利用插層技術(shù)，將這種導(dǎo)電薄層放置在常規(guī)碳纖維疊層復(fù)合材料的層間，成型固 化，制備得到整體高導(dǎo)電、高韌性的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，不僅相對(duì)于現(xiàn)有未經(jīng)增韌的復(fù)合材料韌性大幅度提高，而且相對(duì)于現(xiàn)有的增韌復(fù)合材料導(dǎo)電性大幅度提高，給出了同時(shí)解決復(fù)合材料導(dǎo)電抗雷擊和增韌抗沖擊損傷的問題的解決方案，引起的復(fù)合材料增重也極小。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合導(dǎo)電薄層，其特征在于該導(dǎo)電薄層是由低面密度多孔的載體和均勻附載在載體上的導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成； 低面密度多孔的載體是多孔的織物、無紡布、聚合物薄膜，載體的厚度5 μ m 80 μ m，載體的面密度為5g/m2 30g/m2之間。
導(dǎo)電介質(zhì)是銀納米線，或銀納米線和碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電微纖中的一種或幾種的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層，其特征在于多孔的無紡布是指聚合物無紡布或非聚合物無紡布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層，其特征在于聚合物無紡布是指尼龍、聚芳醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚醚醚酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層，其特征在于非聚合物無紡布是指碳纖維無 紡布、碳納米管無紡布、植物纖維無紡布。
5.制備權(quán)利要求I所述復(fù)合導(dǎo)電薄層的方法，其特征在于該導(dǎo)電薄層中的導(dǎo)電介質(zhì)附載到載體上的方法為以下之一 ⑴將導(dǎo)電介質(zhì)分散到不溶解載體且不破壞導(dǎo)電介質(zhì)的溶劑中形成分散液，載體在分散液中浸潰或者將分散液噴涂在載體上，隨后干燥； ⑵將導(dǎo)電介質(zhì)分散到不溶解載體且不破壞導(dǎo)電介質(zhì)的溶劑中形成分散液，將分散液在負(fù)壓下通過載體，隨后干燥； 上述分散液中導(dǎo)電介質(zhì)含量為2mg/mL 18mg/mL。
6.一種權(quán)利要求I所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層的應(yīng)用，其特征在于將該導(dǎo)電薄層放置在連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的層間，固化成型后，制成具有整體導(dǎo)電性能的復(fù)合材料制件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層的應(yīng)用，其特征在于連續(xù)碳纖維是T300、T800、T700、CCF300，連續(xù)碳纖維的編織方式可以為單向、平紋、斜紋、緞紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層的應(yīng)用，其特征在于連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的基體樹脂可以為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、苯并噁嗪樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合導(dǎo)電薄層的應(yīng)用，其特征在于固化成型工藝為熱壓罐成型、RTM、模壓、真空輔助或真空袋成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兼顧導(dǎo)電性和高增韌的連續(xù)碳纖維疊層增強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)及其相應(yīng)的中間體復(fù)合導(dǎo)電薄層和最終的復(fù)合材料制品，其主要特征在于，利用具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低面密度的無紡布、多孔薄膜或織物作為功能載體，附載高導(dǎo)電、納微米小尺度的銀納米線及其它輔助導(dǎo)電組分如碳納米管、石墨烯等，制備高導(dǎo)電且具增韌潛力的復(fù)合導(dǎo)電薄層，再利用插層技術(shù)，將這種復(fù)合導(dǎo)電薄層放置在常規(guī)碳纖維疊層復(fù)合材料的層間，成型固化，制備得到整體高導(dǎo)電、高韌性的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。這種方法操作簡(jiǎn)單，得到的復(fù)合材料不僅韌性大幅度提高，而且層內(nèi)和層間的電阻率均大幅度下降，并且引起的復(fù)合材料增重極小，復(fù)合材料整體高導(dǎo)電且高韌性。
文檔編號(hào)B32B15/08GK102785437SQ20121025128
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者劉剛, 劉立朋, 崔海超, 益小蘇, 趙文明, 郭妙才 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院